DE102013225989B4

DE102013225989B4 - Heat exchanger for a gas turbine engine

Info

Publication number: DE102013225989B4
Application number: DE102013225989.1A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Kormann
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2019-05-02
Anticipated expiration: 2033-12-17
Also published as: DE102013225989A1

Abstract

Wärmetauscher (10) welcher zumindest eine Wärmetauscheinrichtung (12a-d) umfasst, die ein Verteilerrohr (14a-d) zur Zuführung eines Wärmeträgermediums und ein Sammelrohr (16a-d) zur Abführung des Wärmeträgermediums aufweist, wobei das Verteilerrohr (14a-d) und das Sammelrohr (16a-d) über eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren (18) fluidisch miteinander verbunden sind, wobei das Verteilerrohr (14a-d) und das Sammelrohr (16a-d) der Wärmetauscheinrichtung (10) jeweils nur einerseits ihrer jeweiligen Mittelebenen (E) mit den Wärmetauscherrohren (18) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher ein Wärmetauscher für ein Gasturbinentriebwerk (22) ist, und dass die Wärmetauscherrohre (18) wenigstens einer Wärmetauscheinrichtung (12a-d) in mehreren Wärmetauscherrohrpaketen (20) angeordnet sind, wobei jedes Wärmetauscherrohrpaket (20) mindestens zwei Wärmetauscherrohre (18) umfasst, und wobei die Wärmetauscherrohrpakete (20) jeweils axial voneinander beabstandet entlang des Verteilerrohrs (14a-d) und des Sammelrohrs (16a-d) angeordnet sind, so dass Abgas des Gasturbinentriebwerks (22) den Wärmetauscher (10) radial von außen nach innen durchströmen kann.Heat exchanger (10) which comprises at least one heat exchange device (12a-d) having a manifold (14a-d) for supplying a heat transfer medium and a manifold (16a-d) for discharging the heat transfer medium, wherein the manifold (14a-d) and the manifold (16a-d) are fluidly interconnected via a plurality of heat exchanger tubes (18), the manifold (14a-d) and the manifold (16a-d) of the heat exchanger (10) each having their respective median planes (E) are connected to the heat exchanger tubes (18), characterized in that the heat exchanger is a heat exchanger for a gas turbine engine (22), and that the heat exchanger tubes (18) at least one heat exchange means (12a-d) in a plurality of heat exchanger tube packages (20) are arranged each heat exchanger tube package (20) comprises at least two heat exchanger tubes (18), and wherein the heat exchanger tube packages (20) each have an axial spacing andet along the manifold (14a-d) and the manifold (16a-d) so that exhaust from the gas turbine engine (22) can flow through the heat exchanger (10) radially from outside to inside.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Gasturbinentriebwerk sowie ein Gasturbinentriebwerk mit wenigstens einem derartigen Wärmetauscher.The invention relates to a heat exchanger for a gas turbine engine and a gas turbine engine with at least one such heat exchanger.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Gasturbinentriebwerken einen Wärmetauscher im Abgas der Turbine vorzusehen, welcher zur Kühlung des Abgases sowie zur Rückführung von Abwärme in verdichtete Verbrennungsluft dient. Als Wärmetauscher werden hierzu häufig sogenannte Lanzettenmatrixwärmetauscher verwendet. Ein Lanzettenmatrixwärmetauscher, wie er beispielsweise in der DE 102 36 380 A1 beschrieben ist, weist ein Verteilerrohr, ein Sammelrohr sowie eine Vielzahl von haarnadelförmigen Wärmetauscherrohren bzw. Lanzetten auf, die jeweils das Sammel- und Verteilrohr U-förmig verbinden. Die Röhrchen erstrecken sich in zwei Paketen zueinander fluchtend auf beiden Seiten einer durch Mittelachsen des Verteilrohrs und des Sammelrohrs gebildeten Ebene und bilden eine Kreuzstrommatrix, die von heißem Abgas durchströmt werden kann. Derartige Lanzettenmatrixwärmetauscher sind damit als Kreuz-Gegenstromwärmetauscher konzipiert. Üblicherweise werden mehrere solcher Lanzettenmatrixwärmetauscher neben- und hintereinander in einer Düse eines Gasturbinentriebwerks angeordnet, so dass sie radial von innen nach außen durchströmt werden können.In the case of gas turbine engines, it is known from the prior art to provide a heat exchanger in the exhaust gas of the turbine, which serves for cooling the exhaust gas and for returning waste heat to compressed combustion air. As heat exchangers so-called lancet matrix heat exchangers are often used for this purpose. A lancet matrix heat exchanger, as used in the DE 102 36 380 A1 has a manifold, a manifold and a plurality of hairpin-shaped heat exchanger tubes or lancets, which connect the collection and distribution tube U-shaped respectively. The tubes extend in two packages aligned with each other on both sides of a plane formed by center axes of the manifold and the manifold and form a crossflow matrix, which can be traversed by hot exhaust gas. Such lancet matrix heat exchangers are thus designed as a cross-countercurrent heat exchanger. Usually, a plurality of such lancet matrix heat exchangers are arranged side by side and one behind the other in a nozzle of a gas turbine engine, so that they can be flowed through radially from the inside to the outside.

Die US 3 118 498 A betrifft einen Wärmetauscher, allerding keinen Wärmetauscher für ein Gasturbinentriebwerk. Ferner sind keine Wärmetauscherrohrpakete gezeigt, die in axialer Richtung derart voneinander beabstandet sind, dass das (Ab-)Gas des Gasturbinentriebwerks den Wärmetauscher radial von außen nach innen durchströmen kann. Vielmehr kann das Gas bei diesem Wärmetauscher ausschließlich in axialer Richtung des Wärmetauschers strömen.The US 3 118 498 A relates to a heat exchanger, but not a heat exchanger for a gas turbine engine. Furthermore, no heat exchanger tube packages are shown, which are spaced apart in the axial direction such that the gas turbine engine gas can flow through the heat exchanger radially from outside to inside. Rather, the gas can flow in this heat exchanger only in the axial direction of the heat exchanger.

DE 11 16 249 A zeigt einen Wärmetauscher, in dem das Fluid (z.B. ein Abgas), welches an den Wärmetauscherrohren vorbeigeführt wird, den Wärmetauscher ausschließlich in axialer Richtung durchströmen kann. DE 11 16 249 A shows a heat exchanger in which the fluid (eg, an exhaust gas), which is guided past the heat exchanger tubes, the heat exchanger can flow only in the axial direction.

Ebenso trifft dies auf den in der US 2 739 795 A offenbarten Wärmetauscher zu, bei dem das Fluid, welches an den Wärmetauscherrohren vorbeigeführt wird, ausschließlich in axialer Richtung des Wärmetauschers strömen kann.This also applies to the in the US 2,739,795 A disclosed heat exchanger in which the fluid, which is passed to the heat exchanger tubes, can flow only in the axial direction of the heat exchanger.

US 2 609 659 A betrifft einen Wärmetauscher für ein Gasturbinentriebwerk, jedoch sind hier die einzelnen Rohre so angeordnet, dass sie im Wesentlichen in axialer Richtung des Wärmetauschers verlaufen und dabei in Umfangsrichtung und in radialer Richtung zueinander benachbart angeordnet sind. Dieser Wärmetauscher weist somit ebenfalls keine Wärmetauscherrohrpakete auf, die in axialer Richtung voneinander beabstandet sind. US 2 609 659 A relates to a heat exchanger for a gas turbine engine, but here the individual tubes are arranged so that they extend substantially in the axial direction of the heat exchanger and are arranged adjacent to each other in the circumferential direction and in the radial direction. This heat exchanger therefore also has no heat exchanger tube packages, which are spaced apart in the axial direction.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher einfacher an unterschiedliche geometrischen Vorgaben eines Gasturbinentriebwerkes anpassbar ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gasturbinentriebwerk mit einem derartigen Wärmetauscher anzugeben.Object of the present invention is to provide a heat exchanger of the type mentioned, which is easier to adapt to different geometric specifications of a gas turbine engine. Another object of the present invention is to provide a gas turbine engine having such a heat exchanger.

Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch einen Wärmetauscher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Gasturbinentriebwerk mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des Wärmetauschers als vorteilhafte Ausgestaltungen des Gasturbinentriebwerks und umgekehrt anzusehen sind.The objects are achieved by a heat exchanger with the features of claim 1 and by a gas turbine engine with the features of claim 8. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of the heat exchanger are to be regarded as advantageous embodiments of the gas turbine engine and vice versa.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für ein Gasturbinentriebwerk, welcher zumindest eine Wärmetauscheinrichtung umfasst, die ein Verteilerrohr zur Zuführung eines Wärmeträgermediums und ein Sammelrohr zur Abführung des Wärmeträgermediums aufweist, wobei das Verteilerrohr und das Sammelrohr über eine Vielzahl von Wärmetauscherrohren fluidisch miteinander verbunden sind. Dabei ist vorgesehen, dass das Verteilerrohr und das Sammelrohr der Wärmetauscheinrichtung jeweils nur einerseits ihrer jeweiligen Mittelebenen mit den Wärmetauscherrohren verbunden sind. Hierdurch kann die Geometrie des Wärmetauschers im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lanzettenmatrixwärmetauscher wesentlich freier eingestellt werden, da das Verteilerrohr und das Sammelrohr der Wärmetauscheinrichtung wesentlich unabhängiger zueinander positioniert und über die Wärmetauscherrohre miteinander verbunden werden können. Die Wärmetauscherrohre müssen dabei nicht U-förmig ausgebildet sein, sondern können grundsätzlich nahezu beliebige geometrische Formen annehmen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Wärmetauscherrohre wenigstens einer Wärmetauscheinrichtung in mehreren Wärmetauscherrohrpaketen angeordnet sind, wobei jedes Wärmetauscherrohrpaket mindestens zwei Wärmetauscherrohre umfasst und wobei die Wärmetauscherrohrpakete jeweils axial voneinander beabstandet entlang des Verteilerrohrs und des Sammelrohrs angeordnet sind. Als Wärmetauscherrohrpaket ist dabei eine Anordnung von zwei oder mehrer Wärmetauscherrohren zu verstehen, die in sich verschachtelt und/oder in mehreren Lagen angeordnet sind. Eine derartige Ausgestaltung erlaubt eine besonders einfache Anpassung der von den Wärmetauscherrohren belegten Querschnittsfläche und des thermodynamischen Verhaltens des Wärmetauschers an unterschiedliche Anwendungszwecke und Einbauvorgaben.
Darüber hinaus erlaubt der erfindungsgemäße Wärmetauscher aufgrund seiner geometrischen Variabilität eine freie Einstellbarkeit von Austauschgrad und Druckverlusten, wodurch das thermodynamische Verhalten des Wärmetauschers optimal an seinen jeweiligen Einsatzort und -zweck angepasst werden kann. Der Wärmetauscher kann dementsprechend einfacher in unterschiedliche Gasturbinentriebwerke bzw. Gasturbinentriebwerksbereiche integriert werden. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher eignet sich grundsätzlich beispielsweise für stationäre Gasturbinen sowie für Gasturbinentriebwerke für alle mobilen Verkehrsmittel wie beispielsweise Flugzeuge, Hubschrauber, Panzerfahrzeuge und jegliche sonstigen Fahrzeuge. Insbesondere eignet sich der erfindungsgemäße Wärmetauscher für Mantelstromtriebwerke bzw. für Gasturbinentriebwerke mit Rekuperatoren. Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht nur, auf einen Abgaswärmetauscher anwendbar. In diesem Fall ist die wenigstens eine Wärmetauscheinrichtung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers von Abgas umströmt, das in der Regel ein heißes Fluid ist. Wenn das Fluid ein heißes Fluid in Relation zu dem Wärmetauschermedium in den Wärmetauscherrohren des Wärmetauschers ist, dient der Wärmetauscher zum Aufheizen des Wärmetauschermediums bzw. zum Abkühlen des Abgases. Es können aber auch Anordnungen vorgesehen sein, in denen das den Wärmetauscher durch- bzw. umströmende Fluid ein kaltes Fluid in Relation zu dem Wärmeträgermedium in dem Wärmetauscher ist. In diesem Fall wird das Wärmeträgermedium mit Hilfe des Wärmetauschers abgekühlt, während das den Wärmetauscher durch- bzw. umströmende Fluid erwärmt wird. Wiederum kann zusätzlich oder alternativ ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher als Zwischenkühler, beispielsweise zwischen einer Nieder- und einer Hochdruckstufe ausgebildet sein. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers kann grundsätzlich vollständig oder teilweise mit Hilfe generativer Fertigungsverfahren, beispielsweise mittels generativer Schichtbauverfahren wie selektivem Lasersintern oder -schmelzen erfolgen. Alternativ können beispielsweise das Verteiler- und das Sammelrohr durch Drehen und seitliches Belochen mittels Erodieren hergestellt werden. Im Bereich der Löcher können dann die Wärmetauscherrohre, die auch als Lanzetten-Profilrohre bezeichnet werden können, montiert, belotet und beispielsweise durch Vakuum-Löten stoffschlüssig befestigt werden. Etwaige Lot-Überstände können anschließend beispielsweise durch Drahterodieren entfernt werden. Jedoch können grundsätzlich auch abweichende Herstellungsverfahren bzw. Einzelschritte vorgesehen sein.A first aspect of the invention relates to a heat exchanger for a gas turbine engine, which comprises at least one heat exchange device having a manifold for supplying a heat transfer medium and a manifold for discharging the heat transfer medium, wherein the manifold and the manifold are fluidly connected to each other via a plurality of heat exchanger tubes. It is provided that the manifold and the manifold of the heat exchange device are each connected only one side of their respective center planes with the heat exchanger tubes. As a result, the geometry of the heat exchanger compared to the known from the prior art lancet matrix heat exchanger can be set much more freely, since the manifold and the manifold of the heat exchange device can be positioned substantially independent of each other and connected to each other via the heat exchanger tubes. The heat exchanger tubes need not be U-shaped, but can basically assume almost any geometric shapes. According to the invention, it is provided that the heat exchanger tubes of at least one heat exchanger device are arranged in a plurality of heat exchanger tube packages, wherein each heat exchanger tube package comprises at least two heat exchanger tubes and wherein the heat exchanger tube packages are each arranged axially spaced apart along the distributor tube and the collector tube. As a heat exchanger tube package is an arrangement of two or more heat exchanger tubes to understand that are interleaved and / or arranged in multiple layers. Such a configuration allows a particularly simple adaptation of the Heat exchanger tubes occupied cross-sectional area and the thermodynamic behavior of the heat exchanger to different applications and installation specifications.
In addition, the heat exchanger according to the invention allows due to its geometrical variability free adjustability of exchange rate and pressure losses, whereby the thermodynamic behavior of the heat exchanger can be optimally adapted to its respective site and purpose. Accordingly, the heat exchanger can be more easily integrated into different gas turbine engines or gas turbine engine areas. The heat exchanger according to the invention is basically suitable, for example, for stationary gas turbines as well as gas turbine engines for all mobile means of transport such as airplanes, helicopters, armored vehicles and any other vehicles. In particular, the heat exchanger according to the invention is suitable for turbofan engines or for gas turbine engines with recuperators. The invention is particularly, but not exclusively, applicable to an exhaust gas heat exchanger. In this case, the at least one heat exchange device of the heat exchanger according to the invention flows around exhaust gas, which is usually a hot fluid. When the fluid is a hot fluid in relation to the heat exchange medium in the heat exchanger tubes of the heat exchanger, the heat exchanger serves to heat the heat exchange medium or to cool the exhaust gas. However, arrangements may also be provided in which the fluid passing through or flowing around the heat exchanger is a cold fluid in relation to the heat transfer medium in the heat exchanger. In this case, the heat transfer medium is cooled by means of the heat exchanger, while the fluid flowing through or around the heat exchanger is heated. Again, additionally or alternatively, a heat exchanger according to the invention may be designed as an intercooler, for example between a low and a high pressure stage. In principle, the heat exchanger according to the invention can be produced entirely or partially by means of generative production methods, for example by means of generative layer construction methods such as selective laser sintering or melting. Alternatively, for example, the manifold and the manifold can be made by turning and lateral blasting by eroding. In the area of the holes, the heat exchanger tubes, which can also be referred to as lancet profile tubes, can then be mounted, soldered and, for example, firmly bonded by means of vacuum soldering. Any solder supernatants can then be removed, for example by wire erosion. However, deviating production methods or individual steps may in principle also be provided.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher zumindest annähernd hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Wärmetauscher besonders einfach zur Ummantelung zylindrischer Gasturbinenbereiche, beispielsweise von Strömungskanälen verwendet und entsprechend einfach in die Gasturbine integriert werden. Insbesondere wird unter einer Hohlzylinderform ein Hohlzylinder mit einer zumindest annähernd kreisringförmigen Grundfläche verstanden.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the heat exchanger is formed at least approximately hollow cylindrical. As a result, the heat exchanger according to the invention can be used in a particularly simple manner for encasing cylindrical gas turbine regions, for example flow channels, and correspondingly easily integrated into the gas turbine. In particular, a hollow cylinder shape is understood to be a hollow cylinder having an at least approximately circular base surface.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn das Verteilerrohr und das Sammelrohr der wenigstens einen Wärmetauscheinrichtung zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Mittelachse des Wärmetauschers angeordnet und die Wärmetauscherrohre der wenigstens einen Wärmetauscheinrichtung zumindest bereichsweise gekrümmt, insbesondere im Querschnitt zumindest im Wesentlichen spiralförmig und/oder kreisringsegmentförmig, um die Mittelachse des Wärmetauschers angeordnet sind. Auch dies stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit dar, um den Wärmetauscher einfach in zylindrische Bauräume zu integrieren. Darüber hinaus wird hierdurch im Vergleich beispielsweise zu den U-förmigen Lanzetten bekannter Lanzettenmatrixwärmetauscher eine erhebliche Verringerung des Druckverlustes in den Wärmetauscherrohren bzw. Lanzetten sichergestellt, da der Krümmungsradius der Wärmetauscherrohre zumindest annähernd konstant ist und deutlich größer gewählt werden kann. Weiterhin kann der Wärmetauscher hierdurch vorteilhaft in einem gekrümmten, beispielsweise ringförmigen Strömungskanal angeordnet werden.Further advantages are obtained if the distributor tube and the collecting tube of the at least one heat exchange device are arranged at least substantially parallel to a center axis of the heat exchanger and the heat exchanger tubes of the at least one heat exchange device at least partially curved, in particular in cross section at least substantially spiral and / or annular segment, around the Center axis of the heat exchanger are arranged. This also represents a structurally simple way to easily integrate the heat exchanger in cylindrical spaces. In addition, a considerable reduction of the pressure loss in the heat exchanger tubes or lancets is thereby ensured in comparison, for example, to the U-shaped lancets known lancet matrix heat exchanger, since the radius of curvature of the heat exchanger tubes is at least approximately constant and can be chosen significantly larger. Furthermore, the heat exchanger can thereby advantageously be arranged in a curved, for example, annular flow channel.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wärmetauscherrohre der wenigstens einen Wärmetauscheinrichtung bezüglich der Mittelachse des Wärmetauschers einen Winkelbereich zwischen 10° und 350° überstreichen. Mit anderen Worten können die Wärmetauscherrohre derart ausgebildet sein, dass sie einen Winkelbereich von 10°, 11°, 12°, 13°, 14°, 15°, 16°, 17°, 18°, 19°, 20°, 21°, 22°, 23°, 24°, 25°, 26°, 27°, 28°, 29°, 30°, 31°, 32°, 33°, 34°, 35°, 36°, 37°, 38°, 39°, 40°, 41°, 42°, 43°, 44°, 45°, 46°, 47°, 48°, 49°, 50°, 51°, 52°, 53°, 54°, 55°, 56°, 57°, 58°, 59°, 60°, 61°, 62°, 63°, 64°, 65°, 66°, 67°, 68°, 69°, 70°, 71°, 72°, 73°, 74°, 75°, 76°, 77°, 78°, 79°, 80°,81°, 82°, 83°, 84°, 85°, 86°, 87°, 88°, 89°, 90°, 91°, 92°, 93°, 94°, 95°, 96°, 97°, 98°, 99°, 100°, 101°, 102°, 103°, 104°, 105°, 106°, 107°, 108°, 109°, 110°, 111°, 112°, 113°, 114°, 115°, 116°, 117°, 118°, 119°, 120°, 121°, 122°, 123°, 124°, 125°, 126°, 127°, 128°, 129°, 130°, 131°, 132°, 133°, 134°, 135°, 136°, 137°, 138°, 139°, 140°, 141°, 142°, 143°, 144°, 145°, 146°, 147°, 148°, 149°, 150°, 151°, 152°, 153°, 154°, 155°, 156°, 157°, 158°, 159°, 160°, 161°, 162°, 163°, 164°, 165°, 166°, 167°, 168°, 169°, 170°, 171°, 172°, 173°, 174°, 175°, 176°, 177°, 178°, 179°, 180°, 181°, 182°, 183°, 184°, 185°, 186°, 187°, 188°, 189°, 190°, 191°, 192°, 193°, 194°, 195°, 196°, 197°, 198°, 199°, 200°, 201°, 202°, 203°, 204°, 205°, 206°, 207°, 208°, 209°, 210°, 211°, 212°, 213°, 214°, 215°, 216°, 217°, 218°, 219°, 220°, 221°, 222°, 223°, 224°, 225°, 226°, 227°, 228°, 229°, 230°, 231°, 232°, 233°, 234°, 235°, 236°, 237°, 238°, 239°, 240°, 241°, 242°, 243°, 244°, 245°, 246°, 247°, 248°, 249°, 250°, 251°, 252°, 253°, 254°, 255°, 256°, 257°, 258°, 259°, 260°, 261°, 262°, 263°, 264°, 265°, 266°, 267°, 268°, 269°, 270°, 271°, 272°, 273°, 274°, 275°, 276°, 277°, 278°, 279°, 280°, 281°, 282°, 283°, 284°, 285°, 286°, 287°, 288°, 289°, 290°, 291°, 292°, 293°, 294°, 295°, 296°, 297°, 298°, 299°, 300°, 301°, 302°, 303°, 304°, 305°, 306°, 307°, 308°, 309°, 310°, 311°, 312°, 313°, 314°, 315°, 316°, 317°, 318°, 319°, 320°, 321°, 322°, 323°, 324°, 325°, 326°, 327°, 328°, 329°, 330°, 331°, 332°, 333°, 334°, 335°, 336°, 337°, 338°, 339°, 340°, 341°, 342°, 343°, 344°, 345°, 346°, 347°, 348°, 349° oder 350° überstreichen. Besonders bevorzugt sind Winkelbereiche im Bereich von 180°, so dass die Wärmetauscheinrichtung beispielsweise im Querschnitt zumindest annähernd Halbkreisförmig ausgebildet sein kann.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the heat exchanger tubes of the at least one heat exchanger device cover an angle range between 10 ° and 350 ° with respect to the center axis of the heat exchanger. In other words, the heat exchanger tubes may be formed to have an angular range of 10 °, 11 °, 12 °, 13 °, 14 °, 15 °, 16 °, 17 °, 18 °, 19 °, 20 °, 21 ° , 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 °, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70 and 71 degrees , 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 °, 89 °, 90 °, 91 °, 92 °, 93 °, 94 °, 95 °, 96 °, 97 °, 98 °, 99 °, 100 °, 101 °, 102 °, 103 °, 104 °, 105, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120 and 121 degrees , 122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138 °, 139 °, 140 °, 141 °, 142 °, 143 °, 144 °, 145 °, 146 °, 147 °, 148 °, 149 °, 15 ° 0, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 157, 158, 159, 160, 161, 162, 163, 164, 165 and 166 degrees , 167 °, 168 °, 169 °, 170 °, 171 °, 172 °, 173 °, 174, 175, 176, 177, 178, 179, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 186, 187, 188, 189 and 190 degrees , 191, 192, 193, 194, 195, 196, 197, 198, 199, 200, 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207 °, 208 °, 209 °, 210 °, 211 °, 212 °, 213 °, 214 °, 215 °, 216 °, 217 °, 218 °, 219 °, 220 °, 221 °, 222 °, 223 °, 224, 225, 226, 227, 228, 229, 230, 231, 232, 233, 234, 235, 236, 237, 238, 239 and 240 degrees , 241, 242, 243, 244, 245, 246, 247, 248, 249, 250, 251, 252, 253, 254, 255, 256, 257 °, 258, 259, 260, 261, 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268, 269, 270, 271, 272, 273, 274, 275, 276, 277, 278, 279, 280, 281, 282, 283, 284, 285, 286, 287, 288, 289, 290 , 291, 292, 293, 294, 295, 296, 297, 298, 299, 300, 301, 302, 303, 304, 305, 306, 307 °, 308 °, 309 °, 310 °, 311 °, 312 °, 313 °, 314 °, 315 °, 316 °, 317, 318, 319, 320, 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327, 328, 329, 330, 331, 332 and 333 , 334, 335, 336, 337, 338, 339, 340, 341, 342, 343, 344, 345, 346, 347, 348, 349 or 350 Sweep over. Angular ranges in the range of 180 ° are particularly preferred, so that the heat exchange device can be formed, for example, in cross section at least approximately semicircular.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Wärmetauscher mindestens zwei Wärmetauscheinrichtungen umfasst. Hierdurch ist die konstruktive Freiheit und Anpassbarkeit des Wärmetauschers an unterschiedliche geometrische Bauraumvorgaben und unterschiedliche thermodynamische Vorgaben zusätzlich erhöht. Darüber hinaus ermöglicht die Aufteilung des Wärmeträgermediums auf mindestens zwei Wärmetauscheinrichtungen eine einfachere Strömungsführung mit geringeren Druckverlusten in der Zu- und Abfuhrleitung. In Abhängigkeit des jeweiligen Einsatzzwecks kann grundsätzlich vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr Wärmetauscheinrichtungen umfasst,Further advantages result if the heat exchanger comprises at least two heat exchange devices. As a result, the constructive freedom and adaptability of the heat exchanger to different geometric space specifications and different thermodynamic requirements is additionally increased. In addition, the distribution of the heat transfer medium to at least two heat exchange devices allows easier flow control with lower pressure losses in the supply and discharge line. Depending on the particular application, it can be provided in principle that the heat exchanger comprises three, four, five, six, seven, eight, nine, ten or more heat exchange devices,

Weitere Verbesserungen des thermodynamischen Verhaltens des Wärmetauschers ergeben sich, wenn die mindestens zwei Wärmetauscheinrichtungen zumindest bereichsweise in mindestens zwei Lagen übereinander angeordnet sind. Auf diese Weise werden die mindestens zwei Wärmetauscheinrichtungen zumindest im Überlappungsbereich nacheinander vom umgebenden Fluid umströmt, so dass ein Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeträgermedium in den Wärmetauscherrohren der einzelnen Wärmetauscheinrichtungen und dem Fluid erfolgen kann. Mit der Zahl bzw. Fläche der Überlappungen nähert sich die Bauform des Wärmetauschers der eines Gegenstrom-Wärmetauschers an, welcher von allen Wärmetauscher-Bauarten die höchsten Austauschraten ermöglicht.Further improvements of the thermodynamic behavior of the heat exchanger arise when the at least two heat exchange devices are arranged one above the other in at least two layers at least in regions. In this way, the at least two heat exchange devices are flowed around in succession at least in the overlap region by the surrounding fluid, so that a heat exchange between the heat transfer medium in the heat exchanger tubes of the individual heat exchange devices and the fluid can take place. With the number or area of the overlaps, the design of the heat exchanger approaches that of a countercurrent heat exchanger, which allows the highest exchange rates of all heat exchanger types.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verteilerrohr und/oder das Sammelrohr wenigstens einer Wärmetauscheinrichtung einenends verschlossen ist und/oder dass das Verteilerrohr und/oder das Sammelrohr einer Wärmetauscheinrichtung fluidisch mit einem Verteilerrohr und/oder einem Sammelrohr einer weiteren Wärmetauscheinrichtung gekoppelt ist. Hierdurch sind je nach Anwendungszweck unterschiedliche fluidische Verschaltungen der Verteiler- und Sammelrohre möglich. Beispielsweise kann das Wärmeträgermedium parallel durch mehrere Verteiler- und Sammelrohre geführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Wärmeträgermedium aber auch seriell durch mehrere Wärmetauscheinrichtungen geleitet werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the distributor tube and / or the collector tube of at least one heat exchange device is closed at one end and / or that the distributor tube and / or the collector tube of a heat exchange device are fluidically coupled to a distributor tube and / or a collector tube of a further heat exchange device is. As a result, different fluidic interconnections of the manifolds and manifolds are possible depending on the application. For example, the heat transfer medium can be performed in parallel through a plurality of manifolds and manifolds. Alternatively or additionally, however, the heat transfer medium can also be routed serially through a plurality of heat exchange devices.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Gasturbinentriebwerk, insbesondere Mantelstromtriebwerk, mit wenigstens einem Wärmetauscher, der gemäß einem der Ausführungsbeispiele des ersten Erfindungsaspekts ausgebildet ist. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind.A second aspect of the invention relates to a gas turbine engine, in particular turbofan, with at least one heat exchanger, which is formed according to one of the embodiments of the first aspect of the invention. The resulting features and their advantages can be found in the descriptions of the first aspect of the invention, with advantageous embodiments of the first aspect of the invention to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher ringartig um einen Strömungskanal, insbesondere um einen Abströmkanal einer letzten Turbinenstufe des Gasturbinentriebwerks und/oder im Bereich eines Rekuperators angeordnet ist. Dies ermöglicht eine einfache Strömungsführung mit geringen Druckverlusten.In an advantageous embodiment of the invention it is provided that the heat exchanger is arranged like a ring around a flow channel, in particular around a discharge channel of a last turbine stage of the gas turbine engine and / or in the region of a recuperator. This allows a simple flow guidance with low pressure losses.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn der Wärmetauscher derart im Bereich eines Abgaskanals des Gasturbinentriebwerks angeordnet ist, dass er während des Betriebs des Gasturbinentriebwerks radial von außen nach innen von Abgas durchströmt wird. Strömt der Abgasstrom durch den Wärmetauscher, wird ihm Wärme entzogen und seine Dichte vergrößert sich. Indem Abgas auf seinem Weg durch den Wärmetauscher radial von außen nach innen strömt, verringert sich die durchströmte Fläche. Der Geschwindigkeitsverlauf durch den Wärmetauscher kann somit einer konstanten Geschwindigkeit angenähert werden. Dies wirkt sich insbesondere bei Turbofan- bzw. Mantelstromtriebwerken positiv auf den Austauschgrad aus.Further advantages are obtained if the heat exchanger is arranged in the region of an exhaust gas duct of the gas turbine engine such that it is flowed through during operation of the gas turbine engine radially from outside to inside by exhaust gas. If the exhaust stream flows through the heat exchanger, heat is removed and its density increases. As exhaust gas flows radially from outside to inside on its way through the heat exchanger, the area through which it flows is reduced. The speed profile through the heat exchanger can thus be approximated to a constant speed. This has a positive effect on the degree of exchange, especially in turbofan engines and turbofan engines.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Wirkungsgrad des Gasturbinentriebwerks vorteilhaft dadurch erhöht, dass jedes Verteilerrohr des Wärmetauschers fluidisch mit einem Verdichter des Gasturbinentriebwerks gekoppelt ist, so dass dem Wärmetauscher Verdichterluft als Wärmeträgermedium zuführbar ist und/oder dass jedes Sammelrohr des Wärmetauschers fluidisch mit einer Brennkammer des Gasturbinentriebwerks gekoppelt ist, so dass das Wärmeträgermedium in die Brennkammer abführbar ist.In a further embodiment of the invention, the efficiency of the gas turbine engine is advantageously increased in that each manifold of the heat exchanger is fluidly coupled to a compressor of the gas turbine engine, so that the heat exchanger compressor air can be supplied as heat transfer medium and / or that each manifold of the heat exchanger fluidly with a Combustion chamber of the gas turbine engine is coupled, so that the heat transfer medium can be discharged into the combustion chamber.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn bei wenigstens einer Wärmetauscheinrichtung des Wärmetauschers entweder nur das Verteilerrohr oder nur das Sammelrohr am Gasturbinentriebwerk festgelegt ist. Hierdurch können thermische Spannungen besonders zuverlässig vermieden werden, da sich das jeweils andere Rohr bewegen kann und eine Ausdehnung bzw. Kontraktion der einzelnen, das Verteilerrohr und das Sammelrohr verbindenden Wärmetauscherrohre ermöglicht ist.Further advantages are obtained if at least one heat exchange device of the heat exchanger either only the distributor tube or only the manifold is fixed to the gas turbine engine. As a result, thermal stresses can be avoided particularly reliably, since the respective other tube can move and an expansion or contraction of the individual, the manifold and the manifold connecting heat exchanger tubes is made possible.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, dem Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in dem Ausführungsbeispiel genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei zeigt:

1 eine schematische Frontalansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
2 eine schematische Schnittansicht entlang der in 1 gezeigten Schnittebene A-A;
3 eine perspektivische Rückansicht des erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
4 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
5 eine schematische seitliche Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wärmetauschers; und
6 eine schematische Schnittansicht eines Gasturbinentriebwerks, in welchem der erfindungsgemäße Wärmetauscher angeordnet ist.

Further features of the invention will become apparent from the claims, the exemplary embodiments and with reference to the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the exemplary embodiment can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations without departing from the scope of the invention. Showing:

1 a schematic front view of a heat exchanger according to the invention;
2 a schematic sectional view along the in 1 shown section plane AA;
3 a rear perspective view of the heat exchanger according to the invention;
4 a schematic side view of the heat exchanger according to the invention;
5 a schematic sectional side view of the heat exchanger according to the invention; and
6 a schematic sectional view of a gas turbine engine, in which the heat exchanger according to the invention is arranged.

1 zeigt eine schematische Frontalansicht eines Wärmetauschers 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und wird im Folgenden in Zusammenschau mit 2 erläutert, in welcher eine schematische Schnittansicht entlang der in 1 gezeigten Schnittebene A-A abgebildet ist. Der Wärmetauscher 10 umfasst, in Anzahl und Orientierung beispielhaft, vier Wärmetauscheinrichtungen 12a-d, die annähernd kreissegmentförmig bzw. in Form eines Hohlzylinders um eine Mittelachse M des Wärmetauschers 10 angeordnet sind. Jede Wärmetauscheinrichtung 12a-d umfasst dabei jeweils ein Verteilerrohr 14a-d zur Zuführung eines Wärmeträgermediums sowie ein Sammelrohr 16a-d zur Abführung des Wärmeträgermediums. Das Verteilerrohr 14a-d und das Sammelrohr 16a-d jeder Wärmetauscheinrichtung 12a-d sind dabei jeweils nur einerseits ihrer jeweiligen Mittelebenen E mit einer Vielzahl von Wärmetauscherrohren 18 verbunden, die auch als Lanzetten bezeichnet werden können. Man erkennt, dass die Wärmetauscherrohre 18 jeder Wärmetauscheinrichtung 12a-d bezüglich der Mittelachse M des Wärmetauschers 10 jeweils einen Winkelbereich von etwa 180° überstreichen. Grundsätzlich können jedoch auch andere Winkelbereiche vorgesehen sein. Weiterhin wird aus 1 deutlich, dass die Wärmetauscheinrichtung 12a-d bereichsweise ineinander verschachtelt und dadurch in Abweichung von einer idealen Kreissegmentform spiralförmig in mehreren Lagen angeordnet sind. Der gezeigte Wärmetauscher 10 kann daher grundsätzlich auch als Spiralenwärmetauscher bezeichnet werden. 1 shows a schematic frontal view of a heat exchanger 10 according to an embodiment of the invention and will be described below in conjunction with 2 explains in which a schematic sectional view along the in 1 shown sectional plane AA is shown. The heat exchanger 10 includes, in number and orientation by way of example, four heat exchange devices 12a-d , which are approximately circular segment-shaped or in the form of a hollow cylinder about a central axis M of the heat exchanger 10 are arranged. Each heat exchange device 12a-d each includes a manifold 14a-d for supplying a heat transfer medium and a manifold 16a-d for removal of the heat transfer medium. The manifold 14a-d and the manifold 16a-d each heat exchange device 12a In this case, -d are in each case only one of their respective center planes E with a plurality of heat exchanger tubes 18 connected, which can also be referred to as lancets. It can be seen that the heat exchanger tubes 18 each heat exchange device 12a-d with respect to the center axis M of the heat exchanger 10 each cover an angular range of about 180 °. In principle, however, other angular ranges may be provided. Furthermore, it is off 1 clearly that the heat exchange device 12a-d partially interleaved and thereby arranged in deviation from an ideal circular segment shape spirally in several layers. The heat exchanger shown 10 Therefore, in principle, can also be referred to as a spiral heat exchanger.

Die Wärmetauscherrohre 18 der Wärmetauscheinrichtungen 12a-d sind jeweils in Form von Wärmetauscherrohrpaketen 20 angeordnet, wobei jedes Wärmetauscherrohrpaket 20 im gezeigten Ausführungsbeispiel drei in radialer Richtung übereinander angeordnete Wärmetauscherrohre 18 umfasst. Grundsätzlich kann jedoch auch eine abweichende Anzahl von in radialer Richtung übereinander angeordneten Wärmetauscherrohren 18 vorgesehen sein. Die Wärmetauscherrohre 18 jedes Wärmetauscherrohrpakets 20 können dabei grundsätzlich miteinander verbunden bzw. aneinander abgestützt sein. Die Wärmetauscherrohrpakete 20 sind ihrerseits jeweils axial beabstandet entlang des Verteilerrohrs 14a-d und des Sammelrohrs 16a-d angeordnet, so dass Abgas eines Gasturbinentriebwerks den Wärmetauscher 10 gemäß den Pfeilen I radial von außen nach innen durchströmen kann. Im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lanzettenwärmetauschern, die als Kreuz-Gegenstromwärmetauscher konzipiert sind, bleibt somit auch beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher 10 der Charakter eines Kreuz-Gegenstromwärmetauschers grundsätzlich erhalten: Die erste Passage des kalten Stroms strömt zunächst an der zweiten Passage des heißen Stroms vorbei und umgekehrt.The heat exchanger tubes 18 the heat exchange devices 12a-d are each in the form of heat exchanger tube packages 20 arranged, each heat exchanger tube package 20 in the illustrated embodiment, three in the radial direction one above the other arranged heat exchanger tubes 18 includes. In principle, however, can also have a different number of superposed in the radial direction heat exchanger tubes 18 be provided. The heat exchanger tubes 18 each heat exchanger tube package 20 can in principle be connected to each other or supported on each other. The heat exchanger tube packages 20 are in turn each axially spaced along the manifold 14a-d and the manifold 16a-d arranged so that exhaust gas of a gas turbine engine, the heat exchanger 10 according to the arrows I can flow radially from outside to inside. Compared to known from the prior art lancet heat exchangers, which are designed as a cross-countercurrent heat exchanger, thus remains in the heat exchanger according to the invention 10 The first passage of the cold stream initially flows past the second passage of the hot stream and vice versa.

Die Verteilerrohre 14a-d und die Sammelrohre 16a-d der Wärmetauscheinrichtungen 12a-d sind im gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils einenends verschlossen, so dass das parallel in die jeweiligen Verteilerrohre 14a-d eingeführte Wärmeträgermedium durch die jeweiligen Wärmetauscherrohre 18 in die jeweiligen Sammelrohre 16a-d gelangt und wieder aus dem Wärmetauscher 10 ausgeleitet wird. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mindestens eines der Sammelrohre 16a-d mit mindestens einem der Verteilerrohre 14a-d gekoppelt ist, so dass sich eine serielle Strömungsführung des Wärmeträgermediums ergibt.The distribution pipes 14a-d and the headers 16a-d the heat exchange devices 12a-d are each closed at one end in the illustrated embodiment, so that the parallel in the respective distribution pipes 14a-d introduced heat transfer medium through the respective heat exchanger tubes 18 in the respective manifolds 16a-d passes and again from the heat exchanger 10 is discharged. Alternatively, however, it can also be provided that at least one of the headers 16a-d with at least one of the distribution pipes 14a-d is coupled, so that there is a serial flow guidance of the heat transfer medium.

Die Bauform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10 erlaubt eine freie Einstellung der drei Geometrieparameter XL1, XL2 und XLNO und somit des thermodynamischen Verhaltens des Wärmetauschers 10, wobei XL1 ein Maß für die Austauschlänge der Wärmetauscherrohre 18, XL2 ein Maß für die radial Höhe der Wärmetauscherrohrpakete 20 und XLNO ein Maß für die axiale Länge des Wärmetauschers 10 darstellen.The design of the heat exchanger according to the invention 10 allows a free adjustment of the three geometry parameters XL1 . XL2 and XLNO and thus the thermodynamic behavior of the heat exchanger 10 , in which XL1 a measure of the replacement length of the heat exchanger tubes 18 . XL2 a measure of the radial height of the heat exchanger tube packages 20 and XLNO a measure of the axial length of the heat exchanger 10 represent.

Da der Aufbau des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10 konstruktive Ähnlichkeiten mit demjenigen bisheriger Lanzettenwärmetauscher aufweist, können bereits entwickelte Fertigungsprozesse für Lanzettenwärmetauscher in entsprechend abgewandelter Form auch für die Herstellung des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10 angewendet werden. Im Unterschied zu herkömmlichen Lanzettenwärmetauschern entfällt beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher 10 die Umlenkung um 180° am Ende der Lanzetten bzw. der Wärmetauscherrohre 18 und somit deren Strömungsverluste. Zwar ist der Durchmesser der spiralförmig angeordneten Wärmetauscherrohre 18 durch Wahl der Austauschlänge XL1 gesetzt, jedoch kann dieser Parameter durch Veränderung der Zahl der zentralen Verteilerrohre 14a-d schrittweise angepasst werden.As the structure of the heat exchanger according to the invention 10 constructive similarities with those of previous lancet heat exchanger, already developed manufacturing processes for lancet heat exchanger in a correspondingly modified form and for the production of the heat exchanger according to the invention 10 be applied. In contrast to conventional lancet heat exchangers deleted in the heat exchanger according to the invention 10 the deflection by 180 ° at the end of the lancet or the heat exchanger tubes 18 and thus their flow losses. Although the diameter of the spirally arranged heat exchanger tubes 18 by selecting the replacement length XL1 set, however, this parameter can be changed by changing the number of central distribution pipes 14a-d be gradually adjusted.

Weiterhin können ohne konstruktive Änderungen erfindungsgemäße Wärmetauscher 10 mit mehr als zwei Passagen realisiert werden, beispielsweise indem über die Lauflänge XL1 um mehr als 180° umgelenkt wird. Mit der Zahl der Passagen nähert sich die Bauform des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10 derjenigen eines Gegenstrom-Wärmetauschers an, welcher von allen Wärmetauscher-Bauarten die höchsten Austauschraten ermöglicht.Furthermore, without design changes according to the invention heat exchanger 10 be realized with more than two passages, for example by over the run length XL1 is deflected by more than 180 °. With the number of passages, the design of the heat exchanger according to the invention approaches 10 that of a countercurrent heat exchanger, which allows the highest exchange rates of all types of heat exchangers.

Damit eine thermische Ausdehnung der einzelnen Lanzetten bzw. Wärmetauscherrohre 18 möglich bleibt, werden beim Einbau des Wärmetauschers 10 in einem Gasturbinentriebwerk 22 (s. 6) lediglich die radial innen liegenden Verteilerrohre 14a-d fixiert. Damit ist eine Bewegung der radial äußeren Sammelrohre 16a-d in Umfangsrichtung des Wärmetauschers 10 ermöglicht, so dass das Auftreten von thermischen Spannungen zuverlässig verhindert wird. Da die als Anschlussrohre fungierenden Verteilerrohre 14a-d wegen ihrer eigenen Wärmeausdehnung ohnehin flexibel gestaltet werden sollten, ist diese kinematische Freigabe ohne weiteres möglich.So that a thermal expansion of the individual lancets or heat exchanger tubes 18 remains possible during installation of the heat exchanger 10 in a gas turbine engine 22 (S. 6 ) only the radially inner distributor pipes 14a-d fixed. This is a movement of the radially outer manifolds 16a-d in the circumferential direction of the heat exchanger 10 allows, so that the occurrence of thermal stresses is reliably prevented. Because the distribution pipes acting as connection pipes 14a-d Because of their own thermal expansion should be made flexible anyway, this kinematic release is readily possible.

Zur weiteren Verdeutlichung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10, ist in 3 schematisch eine perspektivische Rückansicht des Wärmetauschers 10 gezeigt, wobei die einzelnen Wärmetauscherrohre 18 bzw. Wärmetauscherrohrpakete 20 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht einzeln aufgelöst, sondern als durchgehende Flächen abgebildet sind. Man erkennt insbesondere die spiralförmige und ineinander verschachtelte Anordnung der vier Wärmetauscheinrichtungen 12a-d.To further illustrate the structure of the heat exchanger according to the invention 10 , is in 3 schematically a perspective rear view of the heat exchanger 10 shown, with the individual heat exchanger tubes 18 or heat exchanger tube packages 20 for clarity, not individually resolved, but are shown as continuous areas. It can be seen in particular the spiral and nested arrangement of the four heat exchange devices 12a-d ,

4 zeigt weiterhin eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10, wobei die einzelnen Wärmetauscherrohre 18 bzw. Wärmetauscherrohrpakete 20 aus Gründen der Übersichtlichkeit ebenfalls nicht einzeln aufgelöst, sondern als durchgehende Flächen abgebildet sind. Man erkennt insbesondere, dass die Verteilerrohre 14a-d und die Sammelrohre 16a-d jeweils parallel zur Mittelachse M des Wärmetauschers 10 angeordnet sind. 5 zeigt schließlich eine perspektivische Schnittansicht des erfindungsgemäßen Wärmetauschers 10, der in der Mitte durchgeschnitten dargestellt ist. 4 further shows a schematic side view of the heat exchanger according to the invention 10 , wherein the individual heat exchanger tubes 18 or heat exchanger tube packages 20 for reasons of clarity also not individually resolved, but are shown as continuous areas. It can be seen in particular that the distribution pipes 14a-d and the headers 16a-d in each case parallel to the center axis M of the heat exchanger 10 are arranged. 5 finally shows a perspective sectional view of the heat exchanger according to the invention 10 which is shown cut through in the middle.

6 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines möglichen Beispiels eines Abströmkanals 24 des Turbofan-Gasturbinentriebwerks 22, in welchem der in 1 bis 5 gezeigte Wärmetauscher 10 ringförmig um einen Strömungskanal 26 angeordnet ist. Da der Wärmetauscher 10 als Spiralenwärmetauscher ausgebildet ist, ist es möglich, die Durchströmungsrichtung des Wärmetauschers 10 im Vergleich zu herkömmlichen Lanzettenwärmetauschern, die in radialer Richtung von innen nach außen durchströmt werden, umzukehren, sodass der Wärmetauscher 10 gemäß Pfeil VIa radial von außen nach innen von Abgas durchströmt wird. Das Abgas wird seinerseits durch einen Abgaskanal 28 zum Strömungskanal 26 transportiert. Strömt das Abgas gemäß Pfeil VIa durch den Wärmetauscher 10, wird ihm Wärme entzogen und seine Dichte vergrößert sich. Da das Abgas auf seinem Weg durch den Wärmetauscher 10 radial von außen nach innen fließt, verringert sich die durchströmte Fläche des Wärmetauschers 10 entsprechend. Der Geschwindigkeitsverlauf des Abgases durch den Wärmetauscher 10 kann somit einem konstanten Verlauf angenähert werden. Dies wirkt sich positiv auf den Austauschgrad mit dem gemäß Pfeil VIb durch den Strömungskanal 26 geführten Fluid aus. Die Kaltgas-Anschlüsse, das heißt die Verbindungen zu den Verteilerrohren 14a-d des Wärmetauschers 10 werden bei der gezeigten Anordnung durch das sogenannte Turbine Exit Case (TEC) 30 geführt. Dabei zeigen die als Anschlussrohre fungierenden Verteilerrohren 14a-d direkt in Richtung eines stromauf angeordneten Verdichters des Gasturbinentriebwerks 22, womit Druckverluste des Wärmeträgermediums durch ansonsten erforderliche Umlenkungen vermieden werden. 6 shows a schematic section of a possible example of a discharge channel 24 of the turbofan gas turbine engine 22 in which the in 1 to 5 shown heat exchanger 10 ring around a flow channel 26 is arranged. As the heat exchanger 10 is designed as a spiral heat exchanger, it is possible, the flow direction of the heat exchanger 10 to reverse, so that the heat exchanger compared to conventional lancet heat exchangers, which are flowed through in the radial direction from the inside out 10 Exhaust gas flows radially from outside to inside in accordance with arrow VIa. The exhaust gas is in turn through an exhaust passage 28 to the flow channel 26 transported. The exhaust gas flows through the heat exchanger according to arrow VIa 10 it is deprived of heat and its density increases. As the exhaust gas on its way through the heat exchanger 10 flows radially from outside to inside, the flow area of the heat exchanger decreases 10 corresponding. The velocity profile of the exhaust gas through the heat exchanger 10 can thus be approximated to a constant course. This has a positive effect on the degree of exchange with that according to arrow VIb through the flow channel 26 guided fluid out. The cold gas connections, that is the connections to the distribution pipes 14a-d of the heat exchanger 10 be in the arrangement shown by the so-called turbine exit case (TEC) 30 guided. This show the functioning as connecting pipes distribution pipes 14a-d directly towards an upstream compressor of the gas turbine engine 22 , Which pressure losses of the heat transfer medium can be avoided by otherwise required deflections.

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 10 bietet somit verschiedene Vorteile. Zunächst ermöglicht er eine bessere Integration der Wärmetauscher-Lanzetten bzw. Wärmetauscherrohre 18 in einen Turbofan. Weiterhin kann eine einfachere Strömungsführung in der Düse des Gasturbinentriebwerks 22 verwirklicht werden, wobei zusätzlich geringere Druckverluste in den als Zu- und Abfuhrleitung dienenden Verteilerrohren 14a-d und Sammelrohren 16a-d auftreten. Im Vergleich zu herkömmlichen Lanzettenmatrixwärmetauschern kann das ansonsten erforderliche Rohrsystem zur Verteilung des Kaltstroms auf die verschiedenen Lanzettenmatrixwärmetauscher entfallen. Ebenso kann auf die Abdeckplatten verzichtet werden, die bei herkömmlichen Lanzettenmatrixwärmetauschern zur Strömungsführung erforderlich sind. Hierdurch wird eine erhebliche Senkung des Gesamtgewichts des Gasturbinentriebwerks 22 ermöglicht. Aufgrund seiner flexiblen Gestaltbarkeit erlaubt der erfindungsgemäße Wärmetauscher 10 die freie Einstellbarkeit von Austauschgrad und Druckverlusten durch entsprechende Geometrieanpassung. Durch die spiralförmige bzw. annähernd kreissegmentförmige Ausgestaltung der Wärmetauscherrohre 18 ergibt sich eine deutliche Verringerung des Druckverlustes in den Lanzetten, da ihr Krümmungsradius im Vergleich zu den U-förmig gebogenen Lanzetten herkömmlicher Lanzettenmatrixwärmetauscher gleichmäßig verläuft und deutlich größer ist. Damit ergibt sich auch ein besserer Geschwindigkeitsverlauf des Wärmetauschermediums durch die Heißseite des Wärmetauschers 10. Zudem treten keine strömungskritischen Übergangsstellen zwischen den Wärmetauscherrohrpaketen 20 auf der Heißseite des Wärmetauschers 10 auf.The heat exchanger according to the invention 10 thus offers various advantages. First, it allows a better integration of the heat exchanger lancets or heat exchanger tubes 18 in a turbofan. Furthermore, a simpler flow guidance in the nozzle of the gas turbine engine 22 be realized, with additional lower pressure losses in serving as supply and discharge manifold distribution pipes 14a-d and headers 16a-d occur. Compared to conventional lancet matrix heat exchangers, the otherwise required piping system for distributing cold flow to the various lancet matrix heat exchangers may be eliminated. Likewise can be dispensed with the cover plates, which are required in conventional lancet matrix heat exchangers for flow guidance. This results in a significant reduction in the overall weight of the gas turbine engine 22 allows. Due to its flexible design allows the heat exchanger according to the invention 10 the free adjustability of exchange degree and pressure losses through appropriate geometry adjustment. By the spiral or approximately circular segment-shaped configuration of the heat exchanger tubes 18 results in a significant reduction in the pressure loss in the lancet, since its radius of curvature compared to the U-shaped lancet conventional lancet matrix heat exchanger is uniform and significantly larger. This also results in a better course of the heat exchange medium through the hot side of the heat exchanger 10 , In addition, no flow-critical transition points occur between the heat exchanger tube packages 20 on the hot side of the heat exchanger 10 on.

Claims

Heat exchanger (10) which comprises at least one heat exchange device (12a-d) having a manifold (14a-d) for supplying a heat transfer medium and a manifold (16a-d) for discharging the heat transfer medium, wherein the manifold (14a-d) and the manifold (16a-d) are fluidly interconnected via a plurality of heat exchanger tubes (18), the manifold (14a-d) and the manifold (16a-d) of the heat exchanger (10) each having their respective median planes (E) are connected to the heat exchanger tubes (18), characterized in that the heat exchanger is a heat exchanger for a gas turbine engine (22), and that the heat exchanger tubes (18) at least one heat exchange means (12a-d) in a plurality of heat exchanger tube packages (20) are arranged each heat exchanger tube package (20) comprises at least two heat exchanger tubes (18), and wherein the heat exchanger tube packages (20) each beabs axially from one another Tandet along the manifold (14a-d) and the manifold (16a-d) are arranged so that exhaust gas of the gas turbine engine (22) can flow through the heat exchanger (10) radially from outside to inside.

Heat exchanger (10) after Claim 1 , characterized in that it is at least approximately hollow cylindrical.

Heat exchanger (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the distributor tube (14a-d) and the collecting tube (16a-d) of the at least one heat exchange device (12a-d) are arranged at least substantially parallel to a central axis (M) of the heat exchanger (10) and the heat exchanger tubes (18 ) of the at least one heat exchange device (12a-d) at least partially curved around the central axis (M) of the heat exchanger (10) are arranged.

Heat exchanger (10) after Claim 3 , characterized in that the heat exchanger tubes (18) of the at least one heat exchange device (12a-d) with respect to the central axis (M) of the heat exchanger (10) cover an angle range between 10 ° and 350 °.

Heat exchanger (10) according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that it comprises at least two heat exchange means (12a-d).

Heat exchanger (10) after Claim 5 , characterized in that the at least two heat exchange devices (12a-d) are arranged at least partially in at least two layers one above the other.

Heat exchanger (10) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the distributor tube (14a-d) and / or the collecting tube (16a-d) of at least one heat exchange device (12a-d) is closed at one end and / or that the distributor tube (14a-d) and / or the collecting tube (16) 16a-d) of a heat exchanger device (12a-d) is fluidically coupled to a distributor tube (14a-d) and / or a collector tube (16a-d) of a further heat exchanger device.

Gas turbine engine (22) with at least one heat exchanger (10), characterized in that the at least one heat exchanger (10) according to one of Claims 1 to 7 is trained.

Gas turbine engine (22) after Claim 8 , characterized in that the heat exchanger (10) is arranged like a ring around a flow channel (26).

Gas turbine engine (22) after Claim 8 or 9 , characterized in that the heat exchanger (10) is arranged in the region of an exhaust passage (28) of the gas turbine engine, that it is flowed through during operation of the gas turbine engine radially from outside to inside of exhaust gas.

Gas turbine engine (22) after one of Claims 8 to 10 , characterized in that each manifold (14a-d) of the heat exchanger (10) is fluidically connected to a compressor of the Gas turbine engine (22) is coupled, so that the heat exchanger (10) compressor air is supplied as a heat transfer medium and / or that each manifold (16a-d) of the heat exchanger (10) is fluidically coupled to a combustion chamber of the gas turbine engine (22), so that the Heat transfer medium is discharged into the combustion chamber.

Gas turbine engine (22) after one of Claims 8 to 11 , characterized in that at least one heat exchange device (12a-d) of the heat exchanger (10) either only the manifold (14a-d) or only the manifold (16a-d) is fixed to the gas turbine engine (22).